[논문 리뷰] Combined CDF and D0 upper limits on gg->H W+W- and constraints on the Higgs boson mass in fourth-generation fermion models with up to 8.2 fb-1 of data

Tevatron New Phenomena|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 1.96 TeV에서의 양성자-반양성자 충돌에 대해 8.2 fb⁻¹의 데이터를 조합하여, 글루온 융합으로 생성된 힉스 보손이 W+W−로 붕괴하는 경우에 대한 통합 상한선을 설정한다. 95% 신뢰수준에서, 제4세대 페르미온 세트를 포함한 모델에서 질량이 124에서 286 GeV 사이인 표준모형 유사 힉스 보손은 배제된다.

ABSTRACT

We combine results from searches by the CDF and D0 Collaborations for a standard model Higgs boson (H) in the processes gg->H->W+W- and gg->H->ZZ in p-pbar collisions at the Fermilab Tevatron Collider at sqrt(s)=1.96 TeV. With 8.2 fb-1 of integrated luminosity analyzed at CDF and 8.1 fb-1 at D0, the 95% C.L. upper limit on sigma(gg->H)xBr(H->W+W-) is 1.01 pb at m_H=120 GeV, 0.40 pb at m_H=165 GeV, and 0.47 pb at m_H=200 GeV. Assuming the presence of a fourth sequential generation of fermions with large masses, we exclude at the 95% Confidence Level a standard-model-like Higgs boson with a mass between 124 and 286 GeV.

연구 동기 및 목표

• CDF와 D0 실험의 통합 데이터를 사용하여 H→W+W− 붕괴 채널에서의 힉스 보손 생성에 대한 제약를 향상시키기 위해.
• 제4세대 페르미온 세트가 힉스 보손 질량 배제 한계에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 다양한 힉스 질량 범위에서 gg→H→W+W−의 단면적과 분해비의 곱에 대한 엄격한 95% 신뢰수준 상한선을 설정하기 위해.
• 업데이트된 테바트론 데이터를 사용하여 표준모형 힉스 보손이 제4세대 페르미온 모델과 일관된지 테스트하기 위해.

제안 방법

• 페르마일랩 테바트론에서 8.2 fb⁻¹의 통합 루미너시티를 사용하여 CDF 및 D0 협동작업의 결과를 통합한다.
• 두 실험에서 관측된 σ(gg→H) × Br(H→W+W−)에 대한 상한선을 통합하기 위해 통계적 조합 기법을 적용한다.
• W+W− 최종 상태에서의 관측된 사건 수와 배경 추정치를 사용하여 95% 신뢰수준 상한선을 계산한다.
• 표준모형 유사 힉스 보손을 가정하고, 무거운 페르미온을 포함한 제4세대 페르미온 모델의 맥락에서 배제 한계를 평가한다.
• 글루온 융합에 의한 표준모형 힉스 생성 단면적 예측을 사용하여 다양한 힉스 질량 범위에서 한계를 설정한다.
• 큰 질량을 가진 제4세대 페르미온의 존재를 가정한 모델 의존적 배제 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 m_H = 120 GeV에서 gg→H→W+W−의 생산 단면적과 분해비의 곱에 대한 통합 95% 신뢰수준 상한선은 얼마인가요?
• RQ2 제4세대 페르미온 세트가 존재하는 조건에서, CDF와 D0의 통합 결과는 표준모형 유사 힉스 보손의 질량에 어떻게 제약을 가하나요?
• RQ3 통합 데이터를 사용하여 m_H = 165 GeV 및 m_H = 200 GeV에서 σ(gg→H) × Br(H→W+W−)의 상한선은 얼마인가요?
• RQ4 제4세대 페르미온 모델을 포함함으로써 힉스 보손 질량에 대한 배제 한계는 어느 정도 변화합니까?

주요 결과

• 120 GeV의 힉스 보손 질량에서 σ(gg→H) × Br(H→W+W−)에 대한 95% 신뢰수준 상한선은 1.01 pb이다.
• 165 GeV에서 상한선은 0.40 pb로 감소하여 고질량 영역에서 더 강한 제약를 나타낸다.
• 200 GeV에서 상한선은 0.47 pb로, 고질량 범위에서 일관된 감도를 보여준다.
• 제4세대 페르미온 세트를 포함함으로써, 124에서 286 GeV 사이의 질량 범위에서 표준모형 유사 힉스 보손은 95% 신뢰수준에서 배제된다.
• 통합 분석은 개별 실험보다 감도를 향상시켜 제4세대 모델 맥락에서 배제 영역을 넓혔다.
• 이 결과는 확장된 페르미온 세대를 포함한 모델에서 힉스 보손 질량에 대해 중요한 제약를 제공한다.